Astro-VEGA

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Station Alpha Fusée ARIANE IV
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Les éléments de base de l'Astronomie. L'essentiel pour apprendre les unités de temps, de distance. Comment repérer un objet céleste, avec quelles coordonnées le situer dans l'espace ?

L'observation du ciel ...

Les Etapes de compréhension de l'Univers

Quelques dates repères importantes de l'Astronomie du XXème siècle

L'Univers est un élément important de l'environnement naturel commun à tous les hommes et ce quel que soit leur lieu d'habitation à la surface de la Terre.
Dans le domaine de l'astronomie les amateurs apportent une contribution non négligeable à la connaissance de l'Univers. Chaque année ces passionnés découvrent de nouvelles comètes, des astéroïdes, des supernovae qui s'ajoutent aux multiples données accumulées par les professionnels.
Plusieurs satisfactions peuvent être apportées par l'astronomie : une simple admiration de la beauté du ciel, des observations de nouveaux astres, ou l'élaboration de nouveaux modèles à la compréhension de l'Univers.

Les Etapes de la compréhension de l'Univers

Les alignements stellaires apparents sous forme de constellations, la position du Soleil et de la Lune ont permis de définir des unités de temps.
Chez les égyptiens le calendrier comportait 365j qui débutait le jour du lever héliaque de Sirius dans la Constellation Canis Majoris en été (origine du mot canicule).
Aristarque de Samos en -280 émet l'idée d'un univers non centré sur la Terre, système héliocentrique du système solaire, adoptée 1800 ans plus tard.
Eratostène en -250 détermine la valeur du rayon de la Terre en supposant qu'elle est sphérique. Hipparque élabore le 1er catalogue d'étoiles, classant 600 étoiles selon 6 grandeurs correspondant à leur éclat apparent. Il les a rassemblées en constellations. Il étudie la durée des saisons et calcule la distance de la lune grâce aux éclipses. Il découvre le phénomène de précession des équinoxes.
Ptolémée rassemble toutes les connaissances en décrivant un modèle du système solaire en vigueur pendant 1300 ans.
Copernic en 1543 publie son traité "De revolutionibus" ou il décrit un système héliocentrique du système solaire. Dans les calculs on introduit les chiffres arabes, une table des sinus. (les logarithmes sont inventés en 1614 par Napier).
Tycho Brahé en 1575 rassemble des observations planétaires en particulier Mars.
Képler énonce ces 3 lois en 1600 qui décrivent le mouvement des planètes autour du Soleil
Galilée en 1620, utilise la lunette optique avec laquelle il découvre les 4 satellites principaux de Jupiter. les tâches du Soleil, l'étoile double Mizar.
Descartes publie des travaux sur l'optique.
Hevelius réalise une carte de la Lune. L'Observatoire de Paris est fondé en 1667 par Cassini.
Picard détermine le rayon terrestre (6371,86 km).
Römer mesure à Paris la vitesse de la lumière à partir d'observations d'éclipses du satellite Io.
Newton en 1687 énonce les lois d'inertie, d'accélération et la loi de Gravitation Universelle, décompose la lumière blanche. Il construit le 1er télescope.
A partir du XVIIIème siècle, les astronomes accèdent à un nouveau niveau de la connaissance : la Galaxie.
Herschel William en 1784 construit plusieurs télescopes. Il publie un catalogues d'étoiles doubles, détermine l'apex solaire, découvre Uranus, et plusieurs nébuleuses, et propose une structure nouvelle : la galaxie
Bessel en 1838, effectue la première mesure de parallaxe, celle de 61 Cygni (0",31).

Quelques dates repères importantes de l'Astronomie du XXème siècle

1908 :Hertzsprung définit les classes de luminosité des étoiles : naines et géantes
1912 : H. Leavitt découvre la relation période-luminosité des céphéides
1916 : Publication de la Théorie de la Relativité générale par Einstein
1957 : Lancement du 1er Spoutnik.
1959 : Premières images de la face cachée de la lune prise par une sonde soviétique.
1961 : Gagarine effectue le 1er vol spatial habité.
1963 : Schmidt découvre le 1er quasar au mont Palomar en Californie
1965 : Découverte du rayonnement radio du fond du ciel à 3°K par Wilson
1967 : Découverte des pulsars par Bell et Burnell à Cambridge
1969 : Premier alunissage par Armstrong et Aldrin (mission Apollo 11)
1971-1972 : Premières images de Mars par la sonde Mariner 9
1973 : Premier survol de Jupiter par la sonde Pioneer 10
1973 : Mise en service du télescope de 4 m à Kit Peak
1974 : Premiers gros plans de Mercure par la sonde Mariner 10
1975 : Premières images de la surface de Vénus par la sonde Vénéra 9
1976 : Les sondes Viking 1 et 2 se posent sur Mars
1977 : Découverte de l'astéroïde Chiron par Kowal, découverte des anneaux d'Uranus
1978 : Découverte du satellite de Pluton : Charon par Christy
1979 : Lancement des 2 sondes Voyager 1 et 2 vers Jupiter. Premier survol de Saturne par Pioneer 1
1980 : 1ère étude de Saturne et de son système d'anneaux par Voyager 1
1981 : 2ème survol de Saturne par Voyager 2
1983 : le satellite IRAS termine son 1er balayage du ciel en infrarouge
1985-1986 : La comète de Halley réapparaît observée par les satellites Giotto et Véga
1986 : Voyager 2 survole Neptune
1987 : Découverte de la supernovae 1987A dans le Grand Nuage de Magellan
1989 : Voyager 2 survole Uranus
1990 : Lancement du télescope spatial Hubble. Le satellite Magellan réalise la première cartographie radar de Vénus
1992 : Le télescope Keck de 10 mètres de diamètre est mis en service
1993 : Le télescope spatial Hubble est réparé dans l'espace
1994 : Collision de la comète Shoemaker-Levy avec Jupiter

Les Coordonnées géographiques, horizontales, équatoriales,..

Les Coordonnées géographiques

Les Coordonnées horizontales

Les Coordonnées équatoriales

Les Coordonnées géographiques

La terre tourne autour d'un axe de rotation dont les 2 extrémités définissent les 2 pôles géographiques.
L'équateur terrestre partage la terre en 2 hémisphères.
Sur la surface du globe terrestre, il faut 2 coordonnées pour repérer un point de cette surface :.

La latitude est la 1ère coordonnée : elle permet de repérer un lieu selon la direction N-S.
Le pôle Nord a une latitude de + 90°.
Le pôle Sud a une latitude de - 90°.

la longitude est la 2ème coordonnée : elle permet de repérer un lieu selon la direction E-O (comptée de 0° à 180° vers l'Est).
Une ligne qui va d'un pôle à l'autre s'appelle un Méridien de longitude. Le méridien d'origine est celui de Greenwich Angleterre.

A 180° de longitude à l'opposé de Greenwich, se trouve la ligne internationale de changement de date en plein océan pacifique. La longitude est souvent mesurée en Heures : 1 heure correspond à 15°.

Vos coordonnées vous seront données à l'adresse du Site "www.heavens-above.com"

Les Coordonnées horizontales

La sphère céleste
Il est possible de définir une sphère céleste, en imaginant la Terre au centre d'une vaste sphère sur laquelle figure toutes les étoiles, les planètes et autres objets.
En étendant le plan équatorial, on définit alors l'équateur céleste, de même pour les 2 pôles. On retrouve de la même manière l'équivalent des méridiens appelés les cercles Horaires.
Un autre plan important est celui de l'orbite terrestre, appelé plan de l'écliptique ou écliptique. Vu de la Terre c'est un cercle sur lequel se déplace le Soleil tout au long de l'année.
Les plans de l'écliptique et de l'Equateur forme un angle de 23,5°.
Les 2 points de la sphère, intersection des 2 plans de l'écliptique et de l'équateur sont appelés Equinoxes.
Le Soleil traverse l'équateur céleste du Sud vers le Nord au printemps : ce point est appelé point vernal (équinoxe de printemps).
Le Méridien du lieu est le plan vertical contenant l'axe du monde.
Si l'observateur veut indiquer la position d'un astre par rapport à son lieu d'observation, il utilise les coordonnées horizontales. La position d'un astre est définie par les 2 angles suivants :
La hauteur : entre l'horizon et l'astre (de 0° à +90°).
L'azimut : angle qui indique vers quel point de l'horizon il faut se tourner pour apercevoir l'objet.
Le point situé juste au-dessus de votre tête s'appelle le zénith .
A l'opposé du zénith sur la sphère céleste se trouve le nadir.

Les Coordonnées équatoriales
Pour repérer un objet céleste sur la sphère céleste il est possible d'utiliser 2 autres coordonnées qui ne sont pas liées à la Terre mais à des directions fixes de l'espace :
La Déclinaison : N-S, similaire à la latitude (Déc., ou Delta). Elle est mesurée positive vers le Nord.
L'Ascension Droite : E-O, similaire à la longitude (A.R. ou alpha). L'origine des A.R est le point vernal. Elle est exprimée en Heures, Minutes, Secondes. 1H d'A.R. correspond à 15° d'arc.
L'A.R du point vernal est 0h00. Celle de l'équinoxe d'automne est 12h00.
Le mouvement réel de la Terre autour du Soleil produit un déplacement apparent de celui-ci. La trajectoire apparente du Soleil s'appelle l'écliptique. et la tranche de la sphère ou les planètes peuvent être aperçues s'appelle le ZODIAQUE.
La déclinaison du Soleil varie au cours de l'année car l'écliptique est inclinée de 23,5° par rapport à l'équateur céleste.
Elle est de 0° à l'équinoxe de printemps (21 mars).
Elle est de +23,5° au solstice d'été (22 juin).
De 0° à l'équinoxe d'automne (22 septembre).
De - 23,5° au solstice d'hiver (22 décembre).
Lorsque la déclinaison du Soleil augmente, l'observateur voit le Soleil grimper plus haut dans le ciel. La longueur des jours augmente.

Le parsec, l'année-lumière, la magnitude,...

Les unités de distance

L'échelle des Magnitudes

Les unités de distance
Le mouvement annuel de la Terre autour du Soleil provoque un déplacement de la position apparente des étoiles proches appelé phénomène de la parallaxe. Ce phénomène permet de mesurer la distance stellaire. C'est ainsi que l'on a défini une nouvelle unité de distance : le parsec.
Le parsec est la distance à laquelle une étoile a une parallaxe d'une seconde d'arc.
L'étoile la plus proche Proxima Centauri a une parallaxe de 0,76 seconde d'arc.
L'année lumière est la distance parcourue par la lumière pendant une année à la vitesse
de 299 792 km/sec. Une année-lumière équivaut à 0,3069 parsec ou 9.460 milliards de km.
L'unité astronomique (U.A.) est la distance moyenne Terre-Soleil soit 149,6 millions de km.

L'échelle des Magnitudes
Pour mesurer l'éclat des astres on a inventé l'échelle des magnitudes. Une différence de 5 magnitudes correspond à une différence d'éclat de 100. Une étoile de magnitude 6 est donc 100 x plus brillante qu'une étoile de magnitude 1.
Chaque classe correspond à une différence d'échelle de 2,512. Cette échelle est telle que les étoiles les plus brillantes ont une magnitude négative.
Sirius la plus brillante du ciel a une magnitude de -1,4.
Vénus peut atteindre la magnitude de -4. Le Soleil a une magnitude de -27.
Les étoiles les moins brillantes à l'oeil nu ont une magnitude d'environ 6.
Cette échelle mesure la magnitude apparente : m (l'éclat tel que l'objet nous apparaît à l'oeil nu), dépend de la luminosité intrinsèque et de sa distance.
L'éclat intrinsèque est mesuré par la magnitude absolue (M).
m - M = 5 log10 (r) - 5 r distance en parsec.
La couleur et le type spectral d'une étoile

Les étoiles apparaissent blanches, mais une observation plus précise montre que certaines ont des couleurs distinctes. La couleur est une bonne indication de sa température.
Lorsque la lumière traverse un prisme elle est décomposée en un spectre bande colorée du rouge au violet. Par en endroit on a des raies sombres, résultat de l'absorption sélective de la lumière par des éléments chimiques de la surface de l'étoile.
On a établi 7 spectres principaux : O, B, A, F, G, K, M par ordre décroissant de température. (de surface). Chaque type est divisé en 10 sous classes Les étoiles O, B, A sont qualifiées de jeunes.
La classe de luminosité est reliée à la magnitude absolue.

Le Temps Astronomique,...

Le Temps basé sur la rotation terrestre

Le Temps solaire

Le Temps sidéral

Mouvement apparent du Soleil

Mouvement apparent des Etoiles

Le Temps basé sur la rotation terrestre

La durée de la rotation de la Terre par rapport à une direction fixe dans l'espace (le point vernal) définie le Jour Sidéral : 23h 56mn 4,090s.
La durée de la rotation de la Terre par rapport au même passage par rapport à la même étoile définie le Jour Stellaire : l'écart par rapport au Jour Sidéral est de 0,0083s (le point vernal rétrograde de 50",26/365,25 par jour.
Le jour solaire correspond à la durée écoulée quand le même point de la Terre revient en face du Soleil.
La Terre progresse sur son orbite de 1 degré d'arc, soit 4 minutes de temps (360°/365,25) par jour.

Le Temps solaire

Le Temps solaire vrai local est l'angle horaire du centre du Soleil.
Le Temps solaire moyen est le Temps vrai corrigé des irrégularités, appelés Equation du Temps (Tm = Tv + E)
Le Temps civil d'un lieu est le Temps moyen de ce lieu augmenté de 12h. (Tc = Tm + 12h)
Le Temps Universel est le Temps civil de Greenwich. (TU = Tc + Longitude.)
Le Temps Légal : Tl = TU + (1h en hiver; 2h en été).

Le Temps sidéral

Un jour sidéral moyen est un jour moyen - 235,908 s. moyennes ou 236,555 s sidérales.
Une année sidérale est la durée séparant 2 passages consécutifs du Soleil par le même point de l'écliptique: 365,256360 jours sidéraux.
Une année tropique est la durée séparant 2 passages consécutifs du Soleil par le point gamma: 365,242198 jours
Le Temps atomique est la durée de 9 192 631 770 transitions de l'atome de césium 133.

Mouvement apparent du Soleil

A cause de l'inclinaison de l'axe des pôles terrestres les rayons solaires ont une inclinaison variable, ce qui détermine les saisons. Chaque début est marqué par le phénomène des solstices. Le soleil est au plus haut au solstice d'été et au plus bas au solstice d'hiver ( la Terre est au périhélie). Aux équinoxes le jour est égal à la nuit. Les rayons tombent à la verticale de l'équateur.
Le crépuscule est la période ou le ciel est lumineux avant et après le coucher :
Le crépuscule civil se termine lorsque la hauteur du Soleil est de 6° sous l'horizon.
Le crépuscule nautique correspond à la hauteur du Soleil de -12°.
Le crépuscule astronomique correspond à la hauteur du Soleil de -18°.
Les hauteurs maxi du Soleil à midi vont de 18° au solstice d'hiver à 65° au solstice d'été.

Mouvement apparent des Etoiles

A cause du mouvement annuel de la Terre les Etoiles se lèvent tous les soirs environ 4 minutes plus tôt que la veille. C'est ainsi que les constellations se succèdent dans le ciel nocturne.

La réfraction, la dispersion, l'absorption,
le scintillement, le halo, l'aurore boréale...

L'atmosphère terrestre

La réfraction

La dispersion

L'absorption

L'émission

Le scintillement

Les aurores boréales

L'atmosphère terrestre

Elle forme une masse d'air dont environ 90% est situé en deça de 16 km du sol. Elle est constitué de 4 couches :
La troposphère : responsable du temps qu'il fait. (azote : 78%, oxygène : 21%, gaz carbonique, argon, vapeur d'eau).
au dessus la stratosphère, la mésosphère, l'exosphère. L'atmosphère est un obstacle pour recueillir tout le rayonnement des étoiles.

La réfraction
C'est un changement de direction que subit la lumière. Elle est surtout perceptible à l'horizon : les objets apparaissent plus haut qu'ils ne sont. Lorsque le Soleil et la Lune semble toucher l'horizon, ils sont déjà en dessous.

La dispersion
C'est une décomposition de la lumière blanche en ses différentes longueurs d'onde ou couleurs. La lumière bleue est plus dispersée que le rouge, d'ou lorsque la lumière atteint nos yeus elle contient plus de rouge. (le soleil à l'horizon).
Par contre la lumière bleue est dispersée sur tout le dôme du ciel d'ou la couleur bleuâtre.

L'absorption

L'atmosphère absorbe certaines couleurs, dont l'ultra violet.

L'émission

C'est la production de lumière par les molécules d'air, responsable des phénomènes des aurores.

Le scintillement

Les masses d'air ont des températures et des densités différentes. Elles se déplacent par convection. Ces ensembles de convection modifient la direction des rayons de lumière en provenance d'un astre et provoquent le scintillement des étoiles. Ce phénomène est plus important à l'horizon.

Les aurores boréales

Elles sont dues à la luminescence de la haute atmosphère produite par le vent solaire (jet de particules à haute énergie émis par le Soleil).

Date de dernière maj : 01/2000